生物监测技术在水环境工程中的应用及研究

曹立强

(河北省生态环境监测中心,河北 石家庄 050000)

一、生物监测原理

生物监测是通过生物物种或个体对环境变化的响应来监测和评估环境污染。生物监测原理主要有两方面：毒理学方法和生态学方法,生物监测方法比传统的物理和化学测试方法具有更高的安全性和实用性。同时,生物监测方法也是物理和化学方法的重要补充和发展,在环境监测和评价中发挥着非常重要的作用。其中,通过生物检测方法中的毒理学预防来测量某种有毒物质在环境中的毒性,并且还可以分析各种污染物的综合毒性。从监测结果上来说能够对污染物的相关情况进行全面准确地反映,并将环境的长期污染状况用数据真实的反映出来。生物测定方法在综合环境评价中具有非常明显的应用优势。此外,生物检测技术具有很强的预测功能,在环境预测中起着非常重要的作用。从目前的应用情况上来说生物监测技术主要是对对现阶段生态系统中还没有被污染物所危害的地区进行监测,尽可能预测和测试,以避免污染,并确保生态环境的平衡。

二、生物检测技术在水环境中的应用

（一）微生物群落检测法

这是早期的一种检测方法，可以有效检测到水中的一些微生物和生物变化，真菌、生物、藻类等出现频率和数量进行统计，进而得知它们的分布，再利用有效的统计与计算，得知水污染的程度。现阶段，已经有了较大变化，在如今科技不断提升的情况下，微生物群落检测法结合多种现代科技以及化学相关内容进行评定检测。现阶段的生物群落监测法具有较好的适用性，有专业人士曾用微生物群落检测法对某地区的工业废水做出检测，对工业废水中的毒性作出评价，进而得知，工业废水中毒素对生物群落有很大的影响。这种工业废水长期排放的话，会使水环境的效应浓度不断提高，会使得生物群落群数不断下降，进而导致生物的大量死亡。现阶段，微生物群落检测法有至关重要的作用，可以通过该检测方法，检测出群落的参数，再利用计算机进行有效分析，进而得知生物受到水质的影响。

（二）生物监测技术在两栖动物的应用

众说周知，两栖动物生活史周期和生理学特性比较独特。因此生物监测技术在两栖动物身上得到较为广泛的应用。一般来说，成体主要生活在接近水的陆地，一方面能有效监测水体污染情况，另一方面还有发挥监测陆地污染的作用。监测工作人员在水环境监测中主要使用青蛙和蝌蚪等两栖动物。上述这两种两栖动物的皮肤具有较好的渗透性，它们主要通过皮肤来完成呼吸作用，蝌蚪食用水域中的腐殖质物质，当然腐殖质物质也是鱼类的一种饵料。一般来说，水中的浮游生物主要是被小青蛙食用的，成体青蛙主要以昆虫为食。实践证明，一旦蝌蚪接触到了污染物，那么蝌蚪的进食或是在水环境的分布量就会大大减少。特别是在规避有毒物质方面，有着非常显著的监测效果。监测工作人员利用生物间的联级反应，能进一步实现监测的目的。受多种因素的影响，生物监测技术在两栖动物方面的应用起步比较晚。目前主要应用在一些较为严重的水环境监测中，如农药以及重金属污染的监测中。

（三）生物行为反应监测法

生物行为反应监测法可以对污染水环境下,微生物的自我保护行为进行观察,从而更加真实的反应出水环境的污染程度,近些年越来越的专家学者推崇使用生物行为反应监测法这种生物监测技术。一般情况下,所选中的监测对象主要是是鱼类、水蚤和软体动物,其中斑马鱼由于对水质变化感知最为灵敏,若是处于污染的水质中,斑马鱼很快就会出现异常行为,此外斑马鱼的基因与人类的基因极为相似,因此通过观察斑马鱼的反应,也可以借此推及到人类身上,从而了解该污染水质环境,对人体的破坏和影响,鉴于此,斑马鱼常被应用到生物行为反应监测中。

（四）高等水生植物

高等水生植物是指长期生活在多水的环境中，并且能生长、蔓延、繁殖的植物，包括荷花、水葱等挺水植物，芡实、王莲等浮叶植物，水葫芦等漂浮植物和金鱼藻、眼子菜等沉水植物。高等水生植物一般生长在浅水湖泊或水库沿岸，能为鱼类提供产卵场所，也能为水鸟、昆虫等提供食物来源和栖息场所，除此之外，还在净化水质和维护生态平衡方面发挥着重要作用。但高等水生植物过度生长会消耗大量的营养物质，遮蔽阳光，妨碍通风等，影响浮游生物的繁衍，同时也会不同程度地影响水体的温度和溶解氧水平。

研究表明，在河口生态系统中，海菖蒲具有从沉积物中吸收重金属As、Cd、Cu、Hg和Pb的能力，吸收量与沉积物中重金属浓度呈正相关，适合作为河口的生物监测器。黄花水龙是生长在浅水域的多年生浮叶植物，由于其具备对亲脂性有机农药的高生物积累能力，通过计算其生物富集因子(bioconcentrationfactor,BCF)和生物沉积物富集因子(biota-sediment accumulationfactors,BSAF)可用于水环境的生物监测。

（五）SOS显色法的应用

SOS显色法是一种遗传毒性监测方法,早在20世纪80年代就开始应用。这种方法是对有毒微生物的DNA进行严重的破坏,限制生物的正确复制。比如大肠杆菌在DNA分子被破坏的情况下会发生错误修复反应,我们称之为SOS应答。这种方法应用简单,反应快速,监测效率高。而且灵敏度很高,相较于其它方法监测数据更加准确,可信度高。

（六）发光细菌监测技术

细菌检测技术是生物监测技术中比较成熟的技术之一,主要用于检测生活水源。比如说自来水厂的水环境,对于人民生活、生产用水安全性起到非常大的保障作用。发光细菌监测技术主要以细胞的发光特性和污染物的遗传毒性为主要参考依据,将其与生物毒性探测器,水毒性探测器和其他用于监测目的的设备相结合。发光细菌检测技术监测非常迅速、快捷,相比较其他监测技术来说检测速度具有非常大的优势性,最快能够在三个小时之内就能够得到检测结果,它具有非常高的灵敏度,非常方便,操作快捷。

结论：

综上所述，生物监测技术可以在很大程度上弥补传统监测手段中存在的不足，进一步完善水环境监测工作。监测工作人员在水环境监测中需要将传统监测方式和生物监测方式有机结合起来，全面监测水环境中污染物，有效解决水污染问题。